Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

N+1Наука

Много шума для тишины

Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

Николай Мартыненко

Гул авиадвигателя, городской шум за окном, утренний рев соседского перфоратора — в нашу жизнь регулярно вторгаются бессмысленные и беспощадные звуки, волны упругих механических колебаний. Любой звук для слышащего начинается с вибрации барабанной перепонки, которая передается по цепочке маленьких косточек в черепе и затем становятся сигналом, бегущим по слуховому нерву в головной мозг. Весь этот труд регулярно оказывается не только ненужным, но даже вредным: слово «шум» мы противопоставляем «сигналу», на шум жалуемся, от шума пытаемся сбежать или защититься.

Громкость любого звука зависит от амплитуды волн, которые добегают до нас по среде (будто то воздух, вода или даже твердое тело) до наших ушей, то есть от размаха колебаний частиц среды — чем больше «горбы» смещения, тем громче звук. Чтобы сделать любой звук тише, нужно уменьшить его амплитуду, пока он не добрался до наших барабанных перепонок. Обычно размах колебаний уменьшают, возводя всевозможные препятствия на пути распространения волны. Уличный шум ослабевает, если закрыть в комнате окно. От рева соседского перфоратора за стеной можно спастись при помощи берушей. Однако такой подход не всегда удобен и эффективен: в салоне самолета слышен гул двигателей, потому что стенок корпуса для защиты от этого шума недостаточно, в комнате с закрытым окном попросту становится душно, а в приспособлениях для ушей сложно сочетать хорошую звукоизоляцию с компактностью.

Схема регистрации звука угольным микрофоном — продольные колебания воздействуют на мембрану, заставляя ее сжиматься и разжиматься. Marc Rodriguez / giphy.com

Можно перейти от пассивной защиты к активному противодействию: уменьшить амплитуду, создав вторую волну, колебания которой происходят в противофазе — то есть «горбы» колебаний этих волн направлены противоположно. При наложении друг на друга эти колебания ослабят друг друга, амплитуда результирующей волны уменьшится, и звук станет тише — дополнительный шум буквально заглушит исходный.

Гипотетически так можно, например, заглушить шумный досуг компании с портативной колонкой при помощи точно такой же колонки, работающей «зеркально». На практике, конечно, сделать это проблематично из-за сложностей копирования звука и особенностей его распространения — эти обстоятельства затрудняют работу даже самых эффективных приборов.

Первый в истории патент на систему активного шумоподавления подал немец Пол Люг в январе 1933 года, за три дня до назначения Адольфа Гитлера рейхсканцлером. Автор предложил записывать нежелательный шум при помощи микрофона, передавать сигнал на громкоговоритель и воспроизводить в противофазе — звуковые волны наложатся и погасят друг друга, благодаря чему исходный шум исчезнет. Люг полагает, что изобретение можно использовать для борьбы с эхом в театрах и концертных залах, а также для подавления шума печатных машинок в конторах.

Схематическое описание системы активного шумоподавления Пола Люга в американском патенте (М — микрофоны, L — громкоговорители). Paul Lueg / United States Patent and Trademark Office, 1936

Вопреки воле изобретателя, патентное бюро классифицирует разработку Люга как военную, на нее вешают гриф «секретно» и передают на рассмотрение армейским структурам. Через год ведомство направляет автору ответ: изобретение лишено новизны, не представляет практического интереса для армии и потому патент на нее Люгу выдан не будет. Ученый пишет ответ со своими возражениями, однако в феврале получает второе письмо, которое касается уже практической демонстрации активного шумоподавления — теперь комиссия сочла это оригинальным приложением уже известного принципа интерференции и вновь отметила бесполезность метода в военной отрасли: в то время громкоговорители действительно были слишком слабыми и громоздкими, чтобы использоваться в армии. Однако история активного шумоподавления на этом не заканчивается.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Он и оно: как кофе управляет нашим организмом Он и оно: как кофе управляет нашим организмом

Все что вы хотели знать о кофе, включая «он» или «оно»

Популярная механика
Юлия Доманова: Как маме найти время на себя, если дома грудной ребенок Юлия Доманова: Как маме найти время на себя, если дома грудной ребенок

Как организовать время так, чтобы посвящать себе не менее четырех часов в сутки

СНОБ
Подозрительно гладко: Вселенная показалась ученым чересчур однородной Подозрительно гладко: Вселенная показалась ученым чересчур однородной

Что это — ошибка наблюдений или дверь в новую физику?

Forbes
Как два россиянина и украинец переехали в Долину и устраивают соотечественников на работу в Apple и Google Как два россиянина и украинец переехали в Долину и устраивают соотечественников на работу в Apple и Google

Как Максим Гусаков помогает эмигрантам и зарабатывает на этом $1,5 млн

Forbes
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Палеонтологи обнаружили у вымерших рептилий межпозвоночные диски Палеонтологи обнаружили у вымерших рептилий межпозвоночные диски

Межпозвоночные диски есть не только у млекопитающих

N+1
Хищники покинули местообитания панд Хищники покинули местообитания панд

Стратегии поддержания численности панд не помогли сохранить волков и леопардов

N+1
5 самых злободневных научно-фантастических романов 5 самых злободневных научно-фантастических романов

Подборку самых интересных фантастических произведений

Популярная механика
«Радиевые девушки»: светящиеся часы, радиация и смерть «Радиевые девушки»: светящиеся часы, радиация и смерть

Трагическая история, изменившая трудовое законодательство США.

Maxim
Кит Харингтон и еще 9 знаменитостей с королевскими корнями Кит Харингтон и еще 9 знаменитостей с королевскими корнями

Голливудские звезды могут похвастаться аристократическим происхождением

РБК
7 продуктов, которые нельзя давать собаке (они для нее опасны) 7 продуктов, которые нельзя давать собаке (они для нее опасны)

Не балуй любимца этими угощениями

Playboy
Как пожаловаться в ресторане, не устраивая сцену: 4 главных правила Как пожаловаться в ресторане, не устраивая сцену: 4 главных правила

Как с достоинством сообщить персоналу ресторана, что тебя что-то не устраивает?

Playboy
Как правильно произносить названия китайских компаний Как правильно произносить названия китайских компаний

Стоит освоить произношения брендов, а там и до уровня носителя рукой подать

Maxim
«Нужно время, чтобы слепить снежный ком»: основатель Asana Дастин Московиц о создании сервиса и стратегии компании «Нужно время, чтобы слепить снежный ком»: основатель Asana Дастин Московиц о создании сервиса и стратегии компании

Дастин Московиц об истории сервиса для управления проектами в небольших командах

VC.RU
Как Коля Лукашенко стал заложником родительского страха Как Коля Лукашенко стал заложником родительского страха

Любой общественный конфликт провоцирует всех его участников на откровенность

СНОБ
Сама не своя Сама не своя

Как справиться со своей гиперответственностью?

Лиза
Когда пора к психологу Когда пора к психологу

Справляться с трудностями самим, не просить помощи – часть российской «прошивки»

Psychologies
Изысканная кулинария путешественника. Сырная лепёшка из лаваша Изысканная кулинария путешественника. Сырная лепёшка из лаваша

Андрей Грязнов, основатель Gryaznov Restogroup, продолжает делиться рецептами

4x4 Club
24 вещи, которые популярны только в России 24 вещи, которые популярны только в России

Возможно, самая патриотичная наша статья!

Maxim
Машинки для стрижки волос: рейтинг лучших в 2020 году Машинки для стрижки волос: рейтинг лучших в 2020 году

Как сделать стрижку дома? Несколько оптимальных моделей для разных случаев

CHIP
Как сказать девушке, что ты ее разлюбил: 8 советов для непростого разговора Как сказать девушке, что ты ее разлюбил: 8 советов для непростого разговора

Как деликатно и тактично сказать подруге, что ты ее больше не любишь?

Playboy
Как ездить с прицепом: правила, ограничения, штрафы Как ездить с прицепом: правила, ограничения, штрафы

Какие права и документы требуются для езды с прицепом?

РБК
Как слушать, чтобы люди вам открывались: 8 советов Как слушать, чтобы люди вам открывались: 8 советов

Какие приемы помогут расположить к себе собеседника?

Psychologies
Изменение климата привело к затруднению дыхания морских обитателей Изменение климата привело к затруднению дыхания морских обитателей

Дыхательный коэффициент вырос в зонах с пониженным содержанием кислорода

N+1
«Олег Куваев: повесть о нерегламентированном человеке» «Олег Куваев: повесть о нерегламентированном человеке»

Полная биография известного путешественника, полярника, геофизика Олега Куваева

N+1
Что было до Neuralink: импланты и стимуляторы мозга, которые хочет заменить проект Илона Маска Что было до Neuralink: импланты и стимуляторы мозга, которые хочет заменить проект Илона Маска

Как работают уже существующие способы терапии с помощью имплантов для мозга

VC.RU
10 фактов о Русском музее 10 фактов о Русском музее

Русский музей — крупнейший музей русского искусства

Культура.РФ
«Наконец-то я седею!» и другие приятные возрастные изменения «Наконец-то я седею!» и другие приятные возрастные изменения

Может ли старение приносить удовольствие?

Psychologies
Что такое сторителлинг и как большие киностудии манипулируют нашим сознанием: фрагмент книги Уилла Сторра «Внутренний рассказчик» Что такое сторителлинг и как большие киностудии манипулируют нашим сознанием: фрагмент книги Уилла Сторра «Внутренний рассказчик»

Отрывок из книги «Внутренний рассказчик», где автор рассуждает о картинах Pixar

Esquire
«Мы хотим сделать то, что Стив Джобс сделал с рынком смартфонов»: основатель бренда Le Souffle d’Adorre — о революции в индустрии меда «Мы хотим сделать то, что Стив Джобс сделал с рынком смартфонов»: основатель бренда Le Souffle d’Adorre — о революции в индустрии меда

Команда бренда Le Souffle d’Adorre поставила перед собой амбициозную задачу

Esquire
Открыть в приложении